汽车轮胎温度和压力监测系统设计

INFORMATION & COMMUNICATIONS

信息通信

2018

(Sum. No 187)

汽车轮胎温度和压力监测系统设计

何德华，陈万培，毛通宝，栾剑兵，陈宝剑

(扬州大学信息工程学院，江苏杨州225127)

摘要:汽车轮胎故障一直是造成交通事故的重要因素之一。本设计通过嵌于汽车轮胎气门嘴上的SP37传感器对汽车轮 胎温度、压力等数据进行实时采集，并采用无线数据传输功能将数据发送到驾驶室内的主机中，通过液晶屏实时显示轮 胎压力和温度等数据。当轮胎出现胎压问题的时，系统将启动声光报警，从而保证行车安全。实验数据表明，本系统具 有低功耗、高稳定度、测量高精度等特点。

关键词:TPMS; SP37;汽车安全;STM32中图分类号:U你3.6

文献标识码:A

文章编号:1673-1131( 2018 )07-0056-02

选择。由于在相同误码率下2FSK的信噪比较2ASK小3dB,

本设计选择了 2FSK调制方式。

电池在胎压监测模块中同样充当着重要的角色。考虑到 模块工作环境和电池更换不易，电池需考虑以下几个因素:工 作温度、电池容量、體和质量、抗干扰能力和放电强度等。比 较了市场上常见的几种电池，我们选择了锂亚电池作为监测 模块电源，以满足模块长期运作的寿命需求。2.2胎压接收处理模块

本设计中，我们选择ATA5428芯片作为RF接收芯片，选 择STM32F1系列单片机作为MCU核心

ATA5428芯片包含了射频功能和逻辑控制功能，可以工 作于431.5MHz\"436.5MHz,具有低功耗和高集成度，传输的距 离远，接收的灵敏度髙等优点，其内部集成模块功能强大。该 芯片内部含有7个控制寄存器，可以非常简单地对频率、收发 速率、调制方式进行设置。

接收模块安装在驾驶室内部，从轮胎的监测模块发出的 调制信号被天线接收后进入ATA5428芯片，在对接收数据滤 波、去噪、放大后进行FSK解调，最后将处理好的数据送至 MCU显示和报警。

0引言

现代社会，汽车已经成为不可或缺的交通运输工具，轮胎 在汽车系统中占有重要地位，轮胎问题将直接影响人们的行 车安全。当轮胎的胎压过高或过低时，轻则増加油耗，缩短 轮胎使用寿命，重则导致交通事故，危害人员生命安全。汽 车轮胎压力检测系统(TPMS)通过内嵌传感器能够动态监测 轮胎的压力、温度数据，并能在异常状况下及时对驾驶员发 出预瞥信号。作为全球最大的新兴汽车市场,中国正在逐步 完善汽车安全的相关法案，汽车安全产品也将成为中国汽车 市场的一大消费热点。文章基于英飞凌新型传感器SP37以 及STM32核心，结合髙效的算法对一款稳定TPMS系统展 开分析。

1系统总体设计

系统主要由安装在车轮的钢毂上的胎压数据监测模块和 数据接收模块组成，系统结构框图如图1所示。

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按键控制I

I核心供中Jh.路丨低狻唤

3系统软件设计

3.1胎压监测模块软件设计

SP37传感器采用低频唤醒模式。休眠模式下，其功耗小

于luA，可通过125KHis的LF低频唤醒器唤醒，进入轮胎数

据检测状态，并通过曼切斯特编码将数据打包封装数据帧。由 加速度传感器获取当前车辆加速度，以控制是否打开RF射频 功能，当加速度大于设定的阈值时，系统开始工作，否则处于 休眠状态。胎压监测模块程序流程如图2所示：

图1系统结构框图

在胎压监测模块接收到低频唤醒器的唤醒信号后，开始 采集轮胎内部的压力和温度信息数据，并通过RF电路将数据 传送给主控,在液晶屏上显示四个轮胎当前状态，方便车主査 看。如果胎压和温度发生异常，驾驶室内的主控板会发出声 光报警，以此保证行车安全。

2系统硬件设计

2.1胎压监测模块硬件设计

汽车在高速行驶过程中轮胎内部气压、温度变化很大，胎 压模块需要经受复杂的工作环境挑战，这也对胎压传感器提 出了几点要求:体积小、质量轻、低功耗、抗高低温、发射稳定 度高、抗干扰能力强等

本设计选用英飞凌SP37胎压监测传感器,集成了加速度 监测传感器、压力传感器、温度传感器等模块，可在 +125oC温度范围内正常工作，能够测量100KPa-450KPa的胎 压，外围电路少，拥有125KHZ低频唤醒功能,可设计RF发射 模式ASK/FSK调制方式,315MHz/433.92MHz两种频率可供

图2胎压监测模块程序流程图

3.2数据接收模块软件设计

在外部低频唤醒器发送的125KHZ信号将胎压监测模 块唤醒后，接收模块中RF无线接收功能自动接收来自胎压

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信息通信

传感器的数据帧，经解码后定位轮胎ID和获取对应的压力、 温度数据，经STM32进行数据分析，最后通过液晶模块实时 反馈轮胎信息和预报警处理。数据接收模块程序流程设计 如图3所示：

何德华等:汽车轮胎温度和压力监测系统设计

将传感器检测的数据和实际数据比对，结果显示汽车胎压 的相对误差维持在±2%之内。此外，传感器测量温度相较实际 温度而言依然存在一定差异，这是由传感器本身设计存在的误 差引起的。系统测试结果数据的压力和温度相对误差能够控 制在设计指标之内，具有一定的稳定性，达到设计预期要求。

5结论

针对汽车行驶过程中常见的爆胎问题，本文基于SP37胎 压传感器设计了一款胎压温度监测系统。结合SP37丰富的 集成资源，大大降低了系统功耗，减少胎压模块的更换，人机 交互功能加强了驾驶员对汽车状况的掌握。经测试，本系统 能够实时反馈汽车轮胎状况，并能够在异常状况下对驾驶员 发出预警信号，具有稳定性高，人机交互便捷的特点，达到了 预期目标。

参考文献：

图3数据接收模块程序流程图

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实现[J].仪表技术与传感器,2013.

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[5] LI Yanhua.XIAO Wenguang . Development of a new tire

pressure monitoring system using FSK modulation. Journal

测

4系统测试

整个系统的模块调试分步进行：第一步，系统上电自检,

故障报警灯闪烁，若故障排除，报警灯5s后自动熄灭。第二 步，引入外围的LF低频唤醒器，查看模块125KHZ低频唤醒 是否正常工作，同时依次测量各轮胎的传感器唤醒距离，记录 数据。第三步，测试车轮与主控之间的通信、轮胎ID匹配以 及数据传输功能。测试阶段，在小轿车以45km/h速度匀速行 驶20分钟后采集数据，显示如表1所示：

表1汽车胎压温度数据

轮貽

实酥驗压

Aft

220222224225

相对

lift l/%

实

RMA/r21221*522.722.4

MA/r

of Nanchang Institute of Technology,2013.

9.07.44.44.0

Left_ForwRigbt_F«w

222219221

>0.901J71350.90

242

23.123.723J

[6] 李艳华,肖文光.采用低频配置的新型胎压监测系统设计.

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[7] 邹才杰.基于单片机的汽车轮胎温度和压力监测系统.科

技信息,2010.

Rigbt_Back223

(上接第55页)在这些领域中eSIM能够更容易进行整合使用。

应用前景广阔。智能手机(Google的Pixel2)和以智能手 表为代表的可穿戴设备(如苹果的Apple Watch3、三星的Gear S3、华为的Watch2Pro)作为市场上首先出现的eSIM卡设备， 为eSIM卡未来的大规模应用描绘了蓝图。我认为eSIM卡未 来会大规模的应用于智能终端，提供互联网接入服务;可穿戴 智能设备的应用速度会明显快于智能手机；物联网领域的广 阔应用场景是eSIM卡真正发力的主战场。

eSIM卡解决了终端设计和用户使用痛点。对终端商而 言,eSIM卡体积小、灵活稳定，解决了设备设计过程中的空间 问题、密封性问题;对运营商而言，eSIM卡可以节省每张SIM 卡约4元的成本费用;对用户而言，eSIM提供了更加方便的业 务办理方式和业务使用模式。因此，我们认为eSIM卡未来会 被大规模应用。

可穿戴设备仍具附属性角色。对监管方和运营商而言， 未来的几年内手机作为移动终端的核心接入地位不会受到影 响，手机SIM卡层面仍将管制重重，因此eSIM作为独立服务 为手机提供联网接入功能将发展相对较慢；而智能终端作为 附属设备，共享号码的模式则阻力小很多。所以我们认为eSIM 卡在可穿戴智能设备上的发展会明显快于手机。

物联网领域是eSIM?卡应用的真正蓝海。eSIM卡实现的

功能是“卡号分离”,但是运营商提供的服务是和“号”进行绑 定,并不是和“卡”绑定，因此对于“号”不敏感的应用场景才是 出现革命性变革的领域。移动用户有双向通信和身份认证的

需求,而且使用的话费套餐体系非常复杂，相比之下eSIM卡 的普及程度就会慢一些。而物联网领域有很多典型的大规模 低成本覆盖、单向数据传输和极简套餐标准的应用场景,eSIM 卡的优势会充分的体现出来。

5结语

技术总是向前发展的，更先进的事物替代旧有的事物是 再正常不过的事情了。从长远来看,eSIM无论是对于用户还 是对于整个行业来说都是有益的，当eSIM普及时，我们可以 看到的是，我们身边所有的设备都可以成为互联网的一部分， 我们“上网”也不仅仅是局限在PC、笔记本、手机上，任何搭载 eSIM的设备，我们都可以进行互动通讯。相信eSIM卡技术 也将成为包括手机、智能穿戴、物联网、车联网等行业的一个 共同发展趋势。eSIM在这些领域的前景值得期待，具备各种 优势的eSIM卡显然大有可为。

作者简介:张胜琼(1983-),女，通信工程师，学士，主要从事湖 北省电信卡与物联网卡业务运营工作。

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